WiFi-grundlæggende del 1: Frekvenser og kanaler
- Kategori: Netværk
I 1947 udpegede Den Internationale Telekommunikationsunion (ITU), et FN-agentur, visse bånd af RF-spektret til ISM. Ideen var at have en international standard af frekvenser, der var forbeholdt industrielt, videnskabeligt og medicinsk udstyr. Ironisk nok var telekommunikation ikke det oprindelige formål.
Før vi drøfter nogen oplysninger, vil jeg bare bemærke, at denne artikel primært vil være baseret på det amerikanske reguleringsområde. Forskellige regulatoriske domæner har specifikke krav til transmitterede frekvenser og strømindstillinger.
Selvom der er tolv ISM-bånd, vil vi i øjeblikket koncentrere os om kun to af dem. De fleste mennesker refererer til dem som 2,4 GHz og 5 GHz bånd.
Lad os starte med 2,4 GHz ISM-båndet (2,400 GHz-2.500 GHz). Dette lille, overfyldte sæt frekvenser er langt det mest anvendte trods det faktum, at størstedelen af bærbare computere, smartphones og tablets er udstyret med dobbeltradioer i de sidste par år.
Årsagen til dette er fysik. Den generelle tommelfingerregel er, at jo lavere frekvensen er, jo længere er udbredelsen og desto bedre er penetrationen. Her er 2 eksempler fra den virkelige verden:
- Du sidder i din bil ved et stoplys. Nogen trækker op ved siden af dig med deres radio, der blæsende højlydt. Hvis du ikke kan lide deres smag i musik, kan du muligvis rulle dit vindue op. Nogle af den lyd er reduceret, men du vil sandsynligvis stadig høre denne bas (lavfrekvens) meget godt.
- Et andet eksempel er et meget specialiseret radiosystem, der bruges af militæret til at kommunikere med nedsænkede ubåde. Det kaldes ELF (Ekstremt lav frekvens) og har en bølgelængde så lang, at den krævede antenne kan være miles lang.
Okay, så nu ved vi, at lavere frekvenser tilbyder et større dækningsområde og bedre signalindtrængning gennem forhindringer. Hvis 2,4 GHz-båndet er så stort, har vi virkelig brug for 5 GHz? Svaret er ja.
2,4 GHz-begrænsninger
Kun 3 ikke-overlappende kanaler. 2.4GHz-båndet er opdelt i 14 kanaler, hvoraf de fleste er 5MHz fra hinanden. Denne afstand på 5 MHz var ikke noget problem i de meget tidlige dage med trådløs brug. Teknologien på det tidspunkt var begrænset til omkring 1 Mbps gennemstrømning. I slutningen af 1990'erne blev 802.11b med sit spektrumsteknologi standard.
Fordelen er, at det kunne opnå 11Mbps gennemstrømning. Ulempen var, at den brugte 22MHz af spektret. Så hvis du for eksempel bruger kanal 6, er kanalerne 4,5,7 og 8 i det mindste ubrugelige. Denne begrænsning gælder stadig i dag, uanset om du bruger ældre 802.11g eller det nyeste 802.11n (2.4GHz) WiFi-udstyr. Dette er en af de mest markante begrænsninger.
Det er overfyldt. Dette går hånd i hånd med den tidligere begrænsning. Selvom standarderne 802.11a (5GHz) og 802.11b (2.4GHz) blev frigivet, var der kun 802.11b på grund af omkostningsforskelle på det tidspunkt, der blev udbredt vedtagelse på det tidspunkt. Resultatet er, at selv i dag bruger størstedelen af WiFi-trafikken 2,4 GHz-båndet.
Stå på et downtown gadehjørne i enhver anstændig størrelse by og kør WiFi scanningssoftware. Efter sandsynlighed vil du se mindst 20 signaler; Jeg har set over 40 i centrum af Washington DC. Husk nu, at alle 40 af disse signaler fungerer på kun 3 kanaler.
Det er et ISM-bånd og pr. Definition åben for andre typer enheder. Der er mange ikke-WiFi-enheder, der har potentialet til at forårsage interferens: mikrobølgeovne, trådløse telefoner, Bluetooth-enheder, babymonitorer, videokameraer, garageportåbnere osv.
Disse ting kan alvorligt forstyrre dit netværk og er ekstremt vanskelige at opdage uden specialiseret spectrum-analyse-hardware og -software.
Derefter vil vi tale om 5GHz-båndet
Ud over standard ISM-båndet (5.725-7.825GHz) har FCC tilføjet spektrum fra UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) -bånd for at anspore til brugen af trådløs teknologi. Bemærk også, at de forskellige reguleringsagenturer arbejder gennem processen med at tilføje 195 MHz spektrum, der er tilgængeligt i 5GHz-området.
5GHz-begrænsninger
Som vi diskuterede tidligere, spreder de højere frekvenser sig ikke så langt, og de trænger heller ikke ind i forhindringer. Lad os sammenligne med 2,4 GHz-båndet i den virkelige verden.
- I det fri dækker 5GHz signaler ca. 1/3 til ½ afstand.
- Brugbar signalkvalitet forringes meget efter stansning gennem en indvendig væg i modsætning til omkring 3 vægge til 2,4 GHz signaler.
Dette fører til en anden mindre indlysende ulempe, omkostninger. Prismærket for at implementere et 5GHz (godt, dobbeltbånd) WiFi-netværk i alle størrelser er mindst 2,5 gange prisen for et ækvivalent 2.4-netværk. Du har brug for meget flere adgangspunkter, typisk 2,5 til 3 gange. Tilføj kabling, licens, vedligeholdelse osv.
Nogle kanaler er delt brug. Specifikke kanaler betegnes som DFS, dynamisk frekvensvalg. Disse kanaler, der er placeret i UNII-2- og -2-udvidede bånd deler spektret med nogle radarsystemer, mest i Europa.
På grund af dette skal WiFi-systemet være designet til at scanne efter radarimpulser, inden de bestemte kanaler bruges. Hvis radarimpulser detekteres, deaktiverer det naturligvis straks de berørte kanaler.
Fordele ved 5 GHz
Som du tydeligt kan se i diagrammet ovenfor, er der meget mere end 3 kanaler. Bemærk også kanalafstanden - mindst 20 MHz. Dette betyder, at ingen kanaler overlapper hinanden; alle kan bruges samtidig.
Meget mindre overfyldt. I modsætning til 2,4 GHz-enheder er 5GHz-enheder kun blevet vidt distribueret inden for de sidste fem eller seks år. Der er også det faktum, at det tager tid at opgradere en infrastruktur. Der er stadig et betydeligt antal virksomheder, der kun driver 2,4 netværk.
Meget få interferenskilder. Bortset fra ovennævnte radar på visse frekvenser er chancerne for ikke-WiFi-interferens ekstremt lave.
Højere kapacitet. Teoretisk set er begge i stand til 600 Mbps. I praksis er det imidlertid ikke tilfældet, fordi meget af den forbedrede kapacitet afhænger af kanalbinding. Dette er en valgfri tilstand, hvor enheden bruger flere tilstødende kanaler samtidigt. Kan du huske tidligere, hvordan vi diskuterede det faktum, at der kun er 3 ikke-overlappende kanaler tilgængelige i 2.4-båndet?
Denne teknik ville bruge 2 af disse 3. Så ikke kun ville du virkelig irritere dine naboer, al sam-kanal og tilstødende kanalinterferens ville sandsynligvis gøre dit netværk meget dårligere. For at opsummere skal du IKKE aktivere kanalbinding i 2.4-båndet.
Der er nogle nyere standarder, der bruger andre frekvensområder. Vi vil diskutere dem i en kommende artikel.
For en pdf af FCCs officielle spektrumkort: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Jeg håber du nød denne artikel. Jeg tror, min næste vil være en diskussion om de forskellige standarder.
Hvis du har et emneforslag, der vedrører WiFi eller generelt netværk, så fortæl mig det i kommentarerne.